JP4341832B2

JP4341832B2 - Ｌｅｄプリントヘッドの製造方法

Info

Publication number: JP4341832B2
Application number: JP2004039850A
Authority: JP
Inventors: 和則萩; 康公鈴木; 俊介植田; 武善堀内; 正次菊池
Original assignee: 鈴鹿富士ゼロックス株式会社
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005193638A

Description

本発明は、電子写真方式の複写機やプリンタ、ＦＡＸ等に使用されるＬＥＤプリントヘッドに関する。

従来より、複数の発光素子が略直線状に配設された長尺のＬＥＤ基板を、長尺のアルミニウム製等のベースに配設したＬＥＤプリントヘッドが使用されている。
該ＬＥＤプリントヘッドは、発光素子から射出した光を、レンズアレイを用いて感光体上に略直線状に結像させる必要があるため、ＬＥＤ基板をベースに接着剤、ネジ等を用いて配設するに当たり、高い平面度および位置決め精度が要求される。

また、ＬＥＤ基板は、発光素子（例えば、ＬＥＤアレイチップ等）を実装した後、ベースに位置決めして配設されるため、ＬＥＤ基板の端面を基準に発光素子を位置決めして配設し、かつ、該端面を基準にしてベースに位置決めして配設しなければならず、ＬＥＤ基板の端面を高精度に加工する必要がある。
特開平０６−１１５１６０号公報特開平１１−２７７７９５号公報

前記したように、ＬＥＤ基板をベースに位置決めして配設するに当たり、ＬＥＤ基板の端面を高精度に加工し、かつ、高い平面度を保ちつつ、高精度に位置決めしてベースに配設する必要があるという問題があった。

また、前記したＬＥＤ基板の配設には、ＬＥＤ基板と発光素子の位置測定、ベースへのＬＥＤ基板の高精度な位置決め等に用いる各種測定器、装置等が必要であるため、製造に多くの工数と設備費用を要し、ＬＥＤプリントヘッドのコストを高くするという問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、前記したＬＥＤ基板の端面の高精度な加工や、ＬＥＤ基板の高精度な位置決め配設を不要にし、製造工程を簡略化して安価なＬＥＤプリントヘッドを提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法は、レンズアレイが配設された長尺のカバーと、複数の発光素子が実装されたＬＥＤ基板が、配設された長尺のベースとを有し、前記カバーが、前記レンズアレイと前記ＬＥＤ基板が対向するように前記ベース上に固定されたＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、発光素子が実装されていないＬＥＤ基板を金型キャビティ内にセットし、該金型キャビティ内に溶融樹脂を射出し硬化させて前記ベースと前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板を一体的に成形した後、該発光素子が実装されていないＬＥＤ基板に前記複数の発光素子を実装するため、ベースに対してＬＥＤ基板を位置決めして固定する必要がなく、製造工程を簡略化することができる。

請求項２に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法は、請求項１に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、前記金型キャビティ内に、前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板と共に長尺の剛体をセットするため、ベースを構成する樹脂が成形収縮することによるベース及びＬＥＤ基板の平面度及び真直度の悪化を防ぐことができる。

請求項３に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法は、請求項２に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、前記剛体を金属としたことにより、ベースを構成する樹脂が成形収縮することによるベース及びＬＥＤ基板の平面度及び真直度の悪化を防ぐことができるだけでなく、ＬＥＤ基板が発生させる熱をベースから効果的に放熱することができる。

請求項４に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法は、請求項２または請求項３に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、前記ＬＥＤ基板と前記剛体が接触していることにより、ベースを構成する樹脂が成形収縮することによるベース及びＬＥＤ基板の平面度及び真直度の悪化を防ぐことができる。また、剛体が金属の場合は、ＬＥＤ基板が発生させる熱を直接的に放熱することができ、ＬＥＤ基板のグランドパターンと接触させ、剛体を接地させた場合は、剛体をグランドパターンとして使用することができる。

請求項５に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法は、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、ベースの端面を基準として、前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板に前記複数の発光素子を実装し、前記レンズアレイを配設した長尺のカバーを、前記ベースの前記端面を基準として、前記ベース上に固定したため、ベースに対してＬＥＤ基板を位置決めして固定する必要がなく、製造工程を簡略化してＬＥＤプリントヘッドを製造することができる。

（削除）

本発明は、ＬＥＤ基板の高精度な加工や、ベースへのＬＥＤ基板の高精度な位置決め配設を不要にし、製造工程を簡略化して安価なＬＥＤプリントヘッドを提供できるという効果を奏する。

本発明を以下に詳細に説明する。

図１〜図３に、本発明に係るＬＥＤプリントヘッドの一実施例を示す。図１はＬＥＤプリントヘッドの側面図であり、図２はベース部１の平面図、図３は図２における断面ＡＡを示した断面図である。

図１に示すように、ＬＥＤプリントヘッド７は、ベース部１の上に、複数のロッドレンズを有するレンズアレイ８を固定するカバー９が載せられ、接着剤等で固定されている。前記ベース部１は、図２及び図３に示すように、樹脂からなるベース４と、複数の発光素子３（例えば、ＬＥＤ等）が実装されたＬＥＤ基板２が一体的に成形されている。

このベース部１は、以下のようにして製造することができる。
まず、金型キャビティ内に発光素子３が実装されていないＬＥＤ基板２（ベアボード）をセットし、該ＬＥＤ基板２と金型キャビティが接する面に設けた金型キャビティの複数箇所からバキューム装置にて吸引吸着する。こうすることにより、長尺のＬＥＤ基板は、金型キャビティ内で高い真直度及び平面度を出すことができる。

その後、金型を閉じて溶融樹脂を射出し、該溶融樹脂を硬化させることにより、ＬＥＤ基板２とベース４の一体成形が完了する。このＬＥＤ基板２に発光素子３を実装するに当たり、ベース４の端面６を基準にすることにより、ベース４とＬＥＤ基板２が一体成形されたベース部１を製造することができる。

このようにして製造されたベース部１は、図３に示すように、ＬＥＤ基板２の上面にも一部の樹脂５が存在するため、成形後にＬＥＤ基板２の剥がれ等がないように構成されている。

また、ベース部１は、発光素子３が端面６を基準に位置決めされ、実装されているため、同じ端面６を基準にしてカバー９を取り付ければ、発光素子３とレンズアレイ８を所定の位置に合わせることができる。したがって、発光素子が実装済みのＬＥＤ基板をベースに位置決めして固定する必要がないため、製造工程を簡略化することができるだけではなく、発光素子とレンズアレイの位置決め誤差を少なくすることができる。

図４〜図６に本発明に係る他の実施例を示す。尚、実施例１に係るＬＥＤプリントヘッドと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略し、実施例１との相違点についてのみ詳細に説明する。

図４はＬＥＤプリントヘッド７を構成するベース部１１の平面図であり、図５はベース部１１の側面図であり、図６は図５における断面ＢＢを示した断面図である。
図４〜図６に示すように、実施例１との相違点は、ベース４に、さらに剛体１０が一体成形されている点である。

剛体１０は、ＬＥＤ基板２の長さよりも長く、耐熱性があり、かつ熱伝導性の良い材料が望ましい。例えば、安価に入手できる金属シャフト等である。この剛体１０を図６に示すように、ＬＥＤ基板２の裏面に接触させた状態で、ベース４と一体的に成形することにより、ソリの少ないベース部１１を得ることができる。また、発熱するＬＥＤ基板からの熱を剛体１０を介して放熱させることができる。

ベース部１１は、実施例１に示したベース部１と同様にして製造することができる。すなわち、金型キャビティ内において、ＬＥＤ基板２を、金型キャビティ面にバキュームして固定し、ＬＥＤ基板２の裏面に接触又は押し付けるようにして剛体１０を固定する。その後、溶融樹脂を金型キャビティ内に射出して、樹脂を硬化させることにより、ＬＥＤ基板２と剛体１０とベース４が一体的に成形されたベース部１１を製造することができる。

図７に本発明に係る他の実施例を示す。尚、実施例２に係るＬＥＤプリントヘッドと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略し、実施例２との主な相違点についてのみ詳細に説明する。

本実施例３に係るＬＥＤプリントヘッドは、図７の断面図に示すように、実施例２における剛体１０の形状のみが異なる。剛体１３を多角形にすることにより、ベース部１２の成形後の樹脂の収縮による剛体の回転を防止することができる。剛体１３の回転を防止できれば、ＬＥＤ基板２及びベース４のひねりを防止することができ、ＬＥＤ基板２及びベース４の真直度及びＬＥＤ基板２の平面度を高精度に保つことができる。

また、剛体１３を多角形にすることにより、ＬＥＤ基板２の裏面と剛体１３の接触面積を大きくすることができるため、剛体１３による放熱効果をさらに高めることができる。

図８及び図９に本発明に係る他の実施例を示す。尚、実施例２に係るＬＥＤプリントヘッドと同一の部分については、同一の符号を付して説明を省略し、実施例２との主な相違点についてのみ詳細に説明する。

図８はＬＥＤプリントヘッドを構成するベース３０の平面図であり、図９はベース３０の側面図である。図８及び図９に示すように、実施例２との相違点は、ベース３０に切り欠き４２を設けたことである。

この切り欠き４２は、図９に示すように、一定の長さＣごとに長さＤで設けられている。すなわち、一定の長さＣを有する樹脂４１は、同じ材質からなる樹脂により連結部４３で各々連結されている。このような構成をとることにより、ＬＥＤ基板２、剛体１０及びベース３０の収縮率の相違によるソリの影響を少なくすることができるだけでなく、ＬＥＤ基板２及び剛体１０の露出により、放熱効果をさらに向上させることができる。

発光素子が配設されていない３７０ｍｍの長さのガラエポからなるＬＥＤ基板と、４００ｍｍの長さに機械加工で切断した剛体としてのＨ形状のアルミニウム合金（例えば、Ａ６０６３等）とを、射出成形の金型キャビティにインサートした。この際、ＬＥＤ基板は、実施例２の場合と同様、金型キャビティ面にバキュームして固定し、ＬＥＤ基板の裏面に接触又は押し付けるようにしてアルミニウム合金をセットした。

その後、金型キャビティに射出する熱可塑性樹脂として、ＨＩＰＳ（ＰＳジャパン製ＰＳＪ-ポリスチレン４０３Ｒ黒色）を用いて、射出成形加工した。

その結果得られたベースの長手方向の端面（図２の端面６と同様）を基準として、ＬＥＤ基板に発光素子を４２．３μｍ間隔で７４２４個実装してワイヤボンディングし、その後、後述するレンズアレイが配設された長尺のカバーを、前記端面を基準として前記ベース上に紫外線硬化型接着剤（独立ア化学産業製Ｎｏ８３８Ａ／Ｂ）及びシリコン系接着剤（信越化学工業製ＫＥ３４９４）を併用して固定し、６００ｄｐｉの解像力を有するＬＥＤプリントヘッドを製造した。

前記カバーは、レンズアレイ（レンズ２列、レンズ長３４９ｍｍ）を別の金型キャビティ内に固定し、その後、ＰＳＪ-ポリスチレン４０３Ｒ（黒色）を用いて射出成形して製造した。

前記ベースを構成する樹脂として、他に難燃ＨＩＰＳ（ＰＳジャパン製ＰＳＪ-ポリスチレンＶＳ１４２）、ＡＢＳ（ＵＭＧＡＢＳ製サイコラックＥＸ１１４）、難燃ＡＢＳ（ＵＭＧＡＢＳ製サイコラックＥＸ５２０）、硝子繊維２０質量％入りＡＢＳ（旭化成工業製スタイラックＲ２４０Ａ）、変性ＰＰＥ（旭化成工業製Ｘｙｒｏｎ１００Ｚ）、硝子繊維２０質量％入り変性のＰＰＥ（旭化成工業製ＸｙｒｏｎＡＧ５１２）、ポリカーボネート（日本ジーイープラスチックス製レキサン１４１Ｒ，レキサン２４１Ｒ）、硝子繊維１０、及び２０質量％入りＰＣ、ＰＣ／ＡＢＳ（日本ジーイープラスチックス製レキサン５００Ｒ３４１２）、硝子繊維入りＰＣ／ＡＢＳ（日本エイアンドエル製テクニエースＦ７６０）を用いて成形したが、いずれの樹脂を用いた場合もベースとしての機能上問題なかった。樹脂の色は、光の乱反射を防止する目的でいずれも黒色を用いた。

また、前記カバーを構成する樹脂として、他にＰＳＪ-ポリスチレンＶＳ１４２、サイコラックＥＸ１１４、サイコラックＥＸ５２０、スタイラックＲ２４０Ａ、Ｘｙｒｏｎ１００Ｚ、レキサン１４１Ｒ，レキサン２４１Ｒ、レキサン５００Ｒ、３４１２、テクニエースＦ７６０を用いて製造したが、いずれの樹脂を用いた場合も機能上問題なかった。樹脂の色については、いずれも黒色を用いた。光の反射等による弊害を防止するためである。

本実施例においては、剛体として熱伝導率が高いアルミニウム合金を用いたので、発光素子の発光によって発生する熱を効果的に放熱することができる。

ＬＥＤ基板として、チップ抵抗等の素子が裏面に実装済みのものを用いる場合、これを金型キャビティにインサートして成形すると、素子をＬＥＤ基板に接続している半田が溶融温度（約２１７度）以上に熱せられて融解してチップ抵抗が剥がれるという問題がある。

そこで、まず、剛体としてのＳＵＳのシャフトを金型キャビティ内にインサートして所定長さの凹部ができるように溶融樹脂を注入して成形品を射出成形加工した後、その成形品に形成された凹部にチップ抵抗が位置し、かつチップ抵抗の実装済みのＬＥＤ基板をその表面が金型キャビティのバキューム面に当て付けて吸引しつつインサートして再び射出成形する所謂２回成形（ダブル射出）を行うことにより、ベースを製造した。

この様にして得られたベースは、ＬＥＤ基板の裏面と成形品の凹部の間の空間にチップ抵抗が位置するので、金型キャビティに射出される溶融樹脂がチップ抵抗を剥がすことはなかった。
尚、１回目の成形では、樹脂として旭有機材工業製のフェノール樹脂ＡＶライト８１１（商品名）を用い、２回目の成形では、熱可塑性樹脂を示すユニチカのＵポリマーＡＸ１５００（商品名）を使用した。１回目と２回目の樹脂を同じ樹脂にして成形しても良い。

その後、前記ベースに一体的に成形されたＬＥＤ基板の表面に、ベースの端面を基準にして、発光素子を実装してワイヤボンディングし、実施例５で説明したカバーを接着剤等でベース上に固定してＬＥＤプリントヘッドを製造した。

本実施例においては、ＬＥＤ基板が、チップ抵抗等の素子を裏面に実装済みの場合であっても、２回成形を行うことによりＬＥＤ基板をベースに一体的に成形することができる。

前記した実施例は、説明のために例示したものであって、本発明としてはそれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。

例えば、図１０に示すように、実施例１における剛体１０の一部にＤ面取りを設けたり、ヒラメ、アヤメに代表されるローレット加工を施すことにより、剛体１０の回転を防止することができる。

また、図１１及び図１２に示すように、実施例４における切り欠き４２の連結部４３の樹脂を無くす構造を採用し、剛体１０をさらに露出させてもよい。

また、剛体１０等の中心部分を空洞（中空）にすることもできる。この場合は、該空洞部分に送風又は冷却水を送ることにより、ＬＥＤ基板の放熱効果を更に向上させることができる。

また、剛体として、例えばＳＵＳや、防食を目的に電気、或いは化学Ｎｉ鍍金された鉄を主成分とする合金、真鍮などに代表される銅合金等を用いることができる。曲げ強度等が要求される場合であって、アルミニウム合金や銅だけでは不足する場合は、高強度であるＳＵＳや鉄合金とのサンドイッチ構造や、２層構造等で複合化してもよい。

さらに、カバーを製造するにあたり、最初にレンズアレイに部分的に熱可塑性樹脂を成形接着させ、其々の樹脂の収縮の影響を少なくさせ、次に金型の一部（固定側金型）変更し続いて再び同じ、又は異種の樹脂を射出成形して、樹脂未充填の部分に充填してもよい。この場合に用いる射出成形機は、ロータリーテーブル式に代表される縦型射出成形機が望ましい。

また、本発明で用いる成形方法は、圧縮成形法、トランスファー成形法、射出成形法、射出圧縮成形機が一般的であり、旭化成工業のＡＧＩ，ＧＰＩ，ＣＧＭ、出光石油化学のＧＩＭ、新日鉄化学のＰＦＰ、英国のシンプレス社、米国のＧＡＩＮＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ独国のエアーモールド，コンツールなどに代表されるガスアシスト成形法（中空射出成形法）、及び米国のＵＣＣ法、ＵＳＭ法、或いは、東芝機械と旭ダウのＴＡＦ法、ＥＸ−ＣＥＬＬ-Ｏ社法、ヘッティンガーの発泡成形や、Ｎｅｗ−ＳＦ、ＧＣＰ法、アライドケミカル社の技法等、更に超臨界状態の気態（体）を用いた米国トレクセル社のＭｕＣｅｌｌ（ミューセル）や旭化成工業のＡＭＯＴＥＣに代表される発泡成形法（発泡射出成形法）や、発泡成形法と前記ガスアシスト成形法と融合された方法、更には住友化学のＳＰモールド、射出圧縮成形法との前記ガスアシスト成形法及び／又は発泡成形法とを融合させた方法を用いることもできる。

ＬＥＤ基板とレンズアレイの位置決め精度の高いＬＥＤプリントヘッドを安価に製造することができるため、高精度の画像形成装置を安価に製造することができる。

本発明に係るＬＥＤプリントヘッドの側面図である。（実施例１）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの平面図である。（実施例１）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの断面図である。（実施例１）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの平面図である。（実施例２）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの側面図である。（実施例２）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの断面図である。（実施例２）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの断面図である。（実施例３）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの平面図である。（実施例４）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの側面図である。（実施例４）本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの断面図である。本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの平面図である。本発明に係るＬＥＤプリントヘッドを構成するベースの側面図である。

１ベース
２ＬＥＤ基板
３発光素子
６端面
７ＬＥＤプリントヘッド
８レンズアレイ
９カバー
１０剛体

Claims

レンズアレイが配設された長尺のカバーと、
複数の発光素子が実装されたＬＥＤ基板が配設された長尺のベースとを有し、
前記カバーが、前記レンズアレイと前記ＬＥＤ基板が対向するように前記ベースに固定されたＬＥＤプリントヘッドの製造方法において、
発光素子が実装されていないＬＥＤ基板を金型キャビティ内にセットし、該金型キャビティ内に溶融樹脂を射出し硬化させて前記ベースと前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板を一体的に成形した後、
該発光素子が実装されていないＬＥＤ基板に前記複数の発光素子を実装することを特徴とするＬＥＤプリントヘッドの製造方法
前記金型キャビティ内に、前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板と共に長尺の剛体をセットする請求項１に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法
前記剛体が金属である請求項２に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法
前記ＬＥＤ基板と前記剛体が接触している請求項２または請求項３に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法
前記ベースの端面を基準として、前記発光素子が実装されていないＬＥＤ基板に前記複数の発光素子を実装し、
前記レンズアレイを配設した長尺のカバーを、前記ベースの前記端面を基準として、前記ベース上に固定した請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のＬＥＤプリントヘッドの製造方法